Sztuczny mięsień jest bardziej elastyczny od biologicznych. Zachwyca też innymi możliwościami

Przedstawiciele Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles zaprojektowali materiał służący do tworzenia sztucznych mięśni. Są one silniejsze i nawet 10-krotnie bardziej elastyczne niż ich biologiczne odpowiedniki.

Tego typu materiały mogłyby być wykorzystywane do tworzenia miękkich robotów i rozwiązań opartych na technologiach haptycznych. Kluczem do sukcesu było znalezienie takich, które zapewnią mechaniczną moc wyjściową, utrzymując przy tym wysoką żywotność w warunkach nasilonego obciążenia.

Czytaj też: Nowa sonda może zostać umieszczona w rdzeniu kręgowym. Jest pomysł na jej wykorzystanie

Takie możliwości zapewniają elastomery dielektryczne, które cechują się lekkością i elastycznością, a dodatkowo zapewniają wysoką gęstość energii sprężystości. Elastomery dielektryczne mogą być wytwarzane ze związków naturalnych lub syntetycznych. Są one polimerami, które mogą zmieniać rozmiar lub kształt w obecności pola elektrycznego. W związku z tym da się ich użyć jako idealnych materiałów do produkcji siłowników, które umożliwiają zamianę energii elektrycznej w mechaniczną.

Jak wyjaśniają członkowie zespołu badawczego, dielektryki są często oparte na komercyjnych elastomerach akrylowych i silikonowych. Te pierwsze wymagają wstępnego rozciągania w celu osiągnięcia wysokich naprężeń i nie są elastyczne, natomiast drugie umożliwiają obróbkę i szybką reakcję, lecz wytwarzają znacznie mniejsze odkształcenia. Przełomowe okazało się wykorzystanie elastomeru dielektrycznnego PHDE o bimodalnej strukturze sieciowej.

Jego maksymalne odkształcenie powierzchniowe wynosi 190% i jest on w stanie utrzymać odkształcenia większe niż 110% przy częstotliwości 2 herców bez wstępnego rozciągania. Możliwe jest też tworzenie wielowarstwowych siłowników, które zachowują wysokie parametry aktywacyjne folii jednowarstwowych. Jeśli chodzi o zwiększoną elastyczność tego materiału, to istotną rolę odegrała zmiana wiązań krzyżowych w łańcuchach polimerowych, dzięki której jednocześnie nie doszło do utraty wytrzymałości.

Czytaj też: Koniec ze szczotkowaniem zębów? Wkrótce o higienę jamy ustnej zadbają mikroboty

Uzyskana folia PHDE ma grubość porównywalną do ludzkiego włosa. Powstałe z jej wykorzystaniem siłowniki mogą funkcjonować niczym tkanka mięśniowa i wytwarzać energię mechaniczną wystarczającą do zasilenia małego robota. Nowe materiały mogą generować siłę większą niż biologiczne mięśnie i cechują się elastycznością wyższą o 3 do 10 razy. Siłownik podrzucał nawet piłkę o wadze 20-krotnie większej od niego samego.